Встраиваемый одноплатный компьютер обработки и передачи данных для наноспутника

Виноградов Н.И.; Кудрявцев И.А.

Секция «Автоматика и электроника»

Рэ = (ин (г) + иоп)(ин (г)-иоп) +

+ р2/с (г) sgn (1С (г)) 1С (г) =

= К (Х(г)) х(г) + К (Х(г)) Х(г), где х(г) = ин(г) - иоп(г) - сигнал ошибки;

У

х(г) = iс (г)/C - производная сигнала ошибки. С из-

У

менением ошибки х(г) и ее производной х(г) нели-

У

нейные коэффициенты передачи К(х(г)) и К(х(г)) изменяются в направлении, обеспечивающем наиболее эффективное изменение воздействия регулятора в переходном процессе.

Испытания, проведенные на модели ИП, показали, что метод управления по балансу энергии (2) обеспечивает минимальное значение статической ошибки и наилучшее качество как в переходном процессе при включении с нулевых начальных условий,

так и при воздействии внешних возмущений. Еще одно существенное достоинство способа управления по балансу необходимой и запасенной в системе энергии - более низкое по сравнению с известными схемами значение выходного импеданса ИП во всем частотном диапазоне, что свидетельствует о большей устойчивости системы с управлением по (2).

Библиографические ссылки

1. Казанцев Ю. М., Лекарев А. Ф. Формирование управления по балансу необходимой и накопленной в системе энергии //Приборы и системы. Управление, контроль, диагностика. 2009. № 5. С. 17-20.

2. Справочник по теории автоматического управления / под ред. А. А. Красовского. М. : Наука : Гл. ред. физ.-мат. лит., 1987.

УДК 004.384

Н. И. Виноградов Научный руководитель - И. А. Кудрявцев Самарский государственный аэрокосмический университет имени академика С. П. Королева, Самара

ВСТРАИВАЕМЫЙ ОДНОПЛАТНЫЙ КОМПЬЮТЕР ОБРАБОТКИ И ПЕРЕДАЧИ ДАННЫХ ДЛЯ НАНОСПУТНИКА

Рассматриваются основные аспекты конструирования и программной реализации встраиваемого бортового компьютера для наноспутника, выполняющего сбор и отправку данных о состоянии спутника во время полета в научно-исследовательских целях.

В последнее время все большую популярность в области получения научных данных о Земле и околоземном космическом пространстве приобретает использование научно-образовательных наноспут-ников, характеризующихся малыми габаритами, низкой стоимостью проектирования и практической реализации, но отличающихся достаточным уровнем аппаратной и программной оснащенности для решения широкого круга практических задач по получению экспериментальных данных о характеристиках полета космического аппарата.

В докладе рассматриваются технические аспекты разработки электронного оборудования для сбора, первичной обработки и доставки на Землю навигационной информации о полете наноспутника, а также ряда технологических параметров. В качестве аппаратной платформы разрабатываемого нанос-путника был выбран одноплатный компьютер ТИОН-ПРО v2 российского производителя «Завод электрооборудования», выполненный в соответствии с промышленным стандартом PC104. Его основой является высокопроизводительный 32-разрядный микропроцессор EP9315 класса «система на кристалле», основанный на RISC-архитектуре ARM9, компании Cirrus Logic. Этот микропроцессор отличается достаточно высокой производительностью при низком энергопотреблении, широким на-

бором встроенной периферии, устойчивостью к температурным воздействиям.

Разрабатываемый наноспутник должен выполнять следующие задачи:

1. Сбор, первичная обработка и хранение информации об изменениях состоянии магнитного поля Земли и навигационных параметрах полета космического аппарата.

2. Регулярная передача собранной информации на Землю посредством спутникового канала связи «Глобалстар».

В соответствии с поставленными задачами к компьютеру через последовательные интерфейсы RS-232 будут подключены магнитометр собственной разработки на анизотропных магниторезистив-ных датчиках, двухсистемный (GPS/ГЛОНАСС) навигационный приемник и радиомодем системы спутниковой связи. Собранные данные будут сохраняться в структурированную базу данных и при установлении сеанса связи отправляться на удаленный FTP-сервер.

В качестве программной платформы была выбрана современная, компонентная, многозадачная, многопоточная, многоплатформенная операционная система реального времени Microsoft Windows Embedded CE 6.0 R2. Она обладает следующими достоинствами:

Актуальные проблемы авиации и космонавтики. Технические науки

- широкие возможности по подключению периферийных устройств (экраны, мыши, клавиатуры, проводные и беспроводные датчики и сетевые устройства);

- встроенная поддержка большого числа сетевых технологий различного назначения(ТСР/1Р, IPv4, IPv6,TAPI, VPN);

- гибкость в выборе необходимой функциональности образа ОС.

После испытаний опытного образца микроспутника планируется расширение функциональности системы путем подключения цифровой фотокамеры

и увеличение количества параметров, измеряемых системой, а также отработка автономной системы ориентации микроспутника. В перспективе также предполагается применение радиомодема отечественной низкоорбитальной системы спутниковой связи «Гонец» после ее окончательного развертывания. Также предполагается дополнение системы модулем управления гиродинами, которые будут поддерживать определенную ориентацию наноспутника в пространстве и исключать его произвольное вращение.

УДК 004.353

А. В. Восканян Научный руководитель - В. В. Иванов Самарский государственный аэрокосмический университет имени академика С. П. Королева, Самара

ОБЪЕМНЫЙ СВЕТОДИОДНЫЙ ДИСПЛЕЙ ТРАЕКТОРИЙ КА

Рассмотрена модель глобуса со светодиодной рамкой в виде кольца. С помощью этого дисплея можно объемно отображать положение низколетящих спутников, их траектории, следы проекции траектории спутника на поверхности Земли, а также освещенную и теневую стороны планеты.

Объемное представление объектов является актуальной темой в наше время, так как двухмерное изображение не позволяет получить информацию в полном объеме. Иногда нам необходимо знать, что находится с другой стороны предмета, чтобы промоделировать какие-то решения в данной ситуации. Конечно же, существует программы, где можно создавать 3Б-модели, но они не являются наглядными.

В качестве одного из вариантов создания объемного изображения предлагается глобус со светодиодным дисплеем. Он создан с целью наглядного указания положения низколетящих спутников в заданный момент времени, их траектории в пространстве и следа проекции траектории спутника на поверхность Земли.

Дисплей также позволяет отображать облачность и освещенность Земли Солнцем. Работа дисплея возможна лишь при невысоком уровне общего освещения.

При отсутствии информации о облачности выводится зона видимости спутников из конкретного пункта.

В качестве 3Б-модели Земли взят обычный глобус. Это позволяет значительно точнее светодиодного дисплея отобразить земную поверхность. Такое решение позволило на порядок снизить требования к аппаратной и программной частям устройства.

Светодиодный дисплей работает по принципу механической развертки изображения в пространстве. Главный элемент устройства - рамка в форме кольца, по радиусу которого расположены свето-диоды, причем на трех уровнях, тем самым, обеспе-

чивая необходимые изображения. Она вращается электродвигателем, размещенным внутри подставки глобуса, с частотой 800... 1000 об/мин. При такой скорости вращения кольцо становится практически незаметным. Светодиоды оставляют следы, при этом мы наблюдаем изображения спутников и облачности. Излучение светодиодов нижнего третьего уровня направлено от наблюдателя на поверхность глобуса. Оно имитирует солнечный свет. На темной стороне Земли яркость светодиодов снижается в три раза. В такое же количество раз снижается яркость облачного слоя. Светодиодами облачного слоя отображается и след траектории спутника на поверхности Земли.

Светодиодами управляют три микроконтроллера. Каждый микроконтроллер управляет одним слоем изображения. Светодиоды с большой яркостью подключены через регистры-защелки. Обращение к ним происходит как к внешней памяти, тем самым уменьшается число требуемых параллельных портов, выводящих информацию на светодиоды. Это позволило уменьшить число микроконтроллеров. Регистры-защелки также снизили требования к величине допустимого выходного тока каждого вывода параллельных портов микроконтроллера. Электроника устройства располагается как внутри глобуса, так и на кольце. Расположение регистров-защелок на кольце позволило решить проблему охлаждения, возникшую из-за больших протекающих через них токов.

Аннотация научной статьи по электротехнике, электронной технике, информационным технологиям, автор научной работы — Виноградов Н. И., Кудрявцев И. А.

Похожие темы научных работ по электротехнике, электронной технике, информационным технологиям , автор научной работы — Виноградов Н. И., Кудрявцев И. А.

Текст научной работы на тему «Встраиваемый одноплатный компьютер обработки и передачи данных для наноспутника»